Fiche de révision : Couleurs et spectrophotométrie

📋 Plan du Cours

1. Synthèse additive des lumières
2. Vision et perception des couleurs
3. Interactions entre lumière et objet
4. Synthèse soustractive et objets colorés
5. Absorbance et couleur des solutions
6. Loi de Beer-Lambert
7. Dosage par étalonnage

📖 1. Synthèse additive des lumières

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse additive : Superposition de plusieurs lumières colorées pour obtenir une autre lumière colorée.
• Couleurs complémentaires : Deux couleurs sont complémentaires si leur synthèse additive donne du blanc ; le cyan est la couleur complémentaire du rouge.

★ À maîtriser

• La superposition de faisceaux rouge, vert et bleu d’intensités réglables permet d’obtenir une infinité de couleurs et, avec des intensités convenables, une lumière blanche.

Compléments

• Les écrans utilisent la trichromie et la synthèse additive pour restituer les couleurs.

📖 2. Vision et perception des couleurs

📝 Points essentiels

• La rétine contient trois types de cônes, principalement sensibles aux lumières rouge, verte et bleue, sous condition d’une intensité lumineuse suffisante.

• La couleur perçue par un observateur résulte de la synthèse additive des lumières colorées qui pénètrent dans son œil.

📖 3. Interactions entre lumière et objet

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorption : Phénomène par lequel un objet absorbe une partie de la lumière qu’il reçoit et ne la renvoie donc pas entièrement.
• Transmission : Phénomène par lequel un objet laisse passer une partie de la lumière qui le traverse, comme un filtre ou une solution transparente.
• Diffusion : Phénomène par lequel un objet renvoie dans toutes les directions une partie de la lumière incidente.

📝 Points essentiels

• Les objets opaques diffusent une partie de la lumière incidente et absorbent le reste.

📖 4. Synthèse soustractive et objets colorés

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse soustractive : Absorption par un objet d’une partie de la lumière incidente, ce qui retire des lumières colorées à cette lumière.

★ À maîtriser

• Les filtres rouges, verts et bleus ne transmettent qu’une lumière colorée, tandis que les filtres jaunes, cyan et magenta en transmettent deux.

• La couleur perçue d’un objet dépend de : la composition de la lumière incidente, des phénomènes d’absorption, de diffusion et de transmission dans l’objet, la synthèse additive des lumières reçues par l’œil

Compléments

• Les pigments des encres et des peintures agissent comme des filtres, et l’impression des couleurs utilise la quadrichromie CMJN.

📌 Un objet n’a pas de couleur propre, même si une couleur lui est associée lorsqu’il est éclairé en lumière blanche.

💡 Astuce mémo

L’addition de lumières tend vers le blanc ; leur soustraction par absorption tend vers le noir.

📖 5. Absorbance et couleur des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Grandeur sans unité liée à la proportion de lumière absorbée pour une longueur d’onde donnée ; plus l’absorption est importante, plus A est élevée.

★ À maîtriser

• Un spectrophotomètre mesure l’absorbance d’une solution placée dans une cuve et permet de tracer son spectre d’absorption, qui représente A en fonction de la longueur d’onde λ.

📌 Une solution est incolore si elle n’absorbe aucune radiation visible, tandis qu’une solution colorée absorbe une ou plusieurs radiations visibles.

📌 Si une solution n’absorbe que dans un seul domaine du visible, sa couleur perçue est la couleur complémentaire des radiations absorbées.

Compléments

• Le spectre d’absorption présenté atteint son maximum à λmax = 640 nm, dans le domaine orange-rouge.

📌 Si le spectre d’absorption d’une solution présente plusieurs bandes espacées, sa couleur résulte de la superposition des rayonnements peu ou non absorbés.

📖 6. Loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour une espèce en solution suffisamment diluée et une longueur d’onde fixée, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A_\lambda = \varepsilon_\lambda \times l \times C$, où Aλ est sans unité, ελ s’exprime en L·mol⁻¹·cm⁻¹, l en cm et C en mol·L⁻¹.

📐 Formule - À longueur d’onde et épaisseur de cuve fixées, l’absorbance est proportionnelle à la concentration selon $A_\lambda = k \times C$ et $C = \frac{A}{k}$, avec $k = \varepsilon_\lambda \times l$.

📌 La loi de Beer-Lambert s’applique dans le domaine de linéarité ; lorsque la solution est trop concentrée, l’absorbance et la concentration ne sont plus proportionnelles.

Compléments

• L’absorbance dépend de la nature de l’espèce absorbante, de la longueur d’onde, de l’épaisseur de solution traversée et de la concentration.

📖 7. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Détermine la concentration d’une espèce chimique en comparant une grandeur physique caractéristique de la solution à celles de solutions étalons.

📝 Points essentiels

• Pour une solution colorée suffisamment peu concentrée, le dosage par étalonnage peut déterminer la concentration à partir de la relation de proportionnalité entre l’absorbance et la concentration.

• 🔄 Le dosage par étalonnage d’une solution colorée suit sept étapes :

  1. Préparer par dilution des solutions étalons de concentrations connues.
  2. Choisir la longueur d’onde maximale pour régler le spectrophotomètre.
  3. Faire le blanc en mesurant l’absorbance de la cuve et du solvant pour déterminer l’origine de l’absorbance.
  4. Mesurer l’absorbance de chaque solution étalon dans les mêmes conditions expérimentales.
  5. Tracer la courbe d’étalonnage A = f(C).
  6. Mesurer l’absorbance de la solution dont la concentration est inconnue.
  7. Déterminer la concentration inconnue à partir de la courbe d’étalonnage.

💡 Astuce mémo

Étalons → réglage → blanc → mesures → courbe → concentration.